Zigbee技术在无线传感器网络中的应用分析
2020-11-25杨静
杨 静
(桂林理工大学南宁分校，广西 南宁 530000)
0 引言
如今互联网技术如此发达，也相应地带动了无线网络技术的发展。无线网络技术广泛地应用在日常生活中， Zigbee技术作为其中一项典型的无线网络技术，有着低成本、低复杂度、低耗率等优点，更加受到青睐。而Zigbee技术与无线传感器网络的结合，有着非常良好的发展前景。文章主要分析了Zigbee技术在无线传感器网络中的应用，着重研究其在无线传感器网络中的应用策略。以期为Zigbee技术在无线传感器网络中的应用提供有价值的意见和帮助。
1 Zigbee技术的优点
1.1 低功耗
与其他无线通信技术相比，Zigbee技术最大的优点便是低功耗。同样的电量情况下，它可以比蓝牙，WiFi等工作更长的时间。例如在低耗电的模式下，两节五号干电池可以支持其一个节点工作6～24个月的时间，甚至可以支持其工作更长的时间。如此低的功耗，可以以同样的电力工作更长的时间，自然会被广泛应用于各种适合的场合之中。
1.2 低成本
正如前文提到的，在同样的电力情况下，其损耗更小，可以工作更长的时间。低功耗的特点也相应地显示了其低成本的优势。一方面更小的损耗，可以更多地节约成本。另外一方面，还可以通过大幅度简化协议来降低成本。Zigbee技术的成本仅仅只有蓝牙的十分之一。此外，Zigbee协议的专利也是免费的。总的来说，相比于蓝牙、WiFi等，Zigbee技术的成本是相当低的。低成本是其最大的优势之一。
1.3 短延时
同时，Zigbee技术在减少延迟方面也是相当优秀的。它的响应速度较快，只需要15 ms的时间，Zigbee技术便可以从睡眠状态进入工作状态。如此快速的响应速度极大地减少了等待时间。在节点连接进入网络上面也是非常快的，一般只需要30 ms的时间便可实现节点连接进入网络。而WiFi需要3 s左右的时间，蓝牙更是需要3～10 s。通过生活经验，便可以理解到短延时的重要性[1]。在连接WiFi或者蓝牙的时候，很多情况下都是非常慢的，等待是一项非常不愉快的体验。而Zigbee技术可以很好地解决等待的问题，短延时是其非常重要的优点。
1.4 高容量
Zigbee技术可以通过各种形态的网络结构来实现更大容量的数据存储，因而可以传输更多的数据信息。其网络形状包括星状、片状和网状。另外，其一个主节点还可以管理若干个子节点，从而实现大容量的数据传输。高容量也是Zigbee技术的一大特点。
1.5 高安全
Zigbee技术也是一项十分安全可靠的通信技术，其有着极高的安全指数。它包括安全设定、防止获取非法数据以及高级加密密码这3级安全模式。3级安全模式很好的对传输的数据进行保护与加密，有效地防止数据泄漏，提高了数据传输的安全性。
2 Zigbee技术在无线传感器网络中的工作原理
2.1 Zigbee技术以独立的工作节点为依托
在连接各个无线传感器形成网络的过程中，Zigbee技术是以独立的、不同的工作节点来作为依托的，从而实现网络的组成。在实际的工作中，可以根据不同的情况来选择合适的网络模式。而为了更大的容量，实现更多数据的传输，Zigbee技术包括星状、树状以及网状3种网络模式。实际应用于无线传感器网络中时应根据具体情况来选择合适的网络拓扑。
2.2 Zigbee技术的主要技术基础是IEEE802.15.4
标准的Zigbee技术的主要技术基础是IEEE802.15.4，其技术标准定义了物理层和媒介接入控制层。IEEE802.15.4可以通过载波监听的方式来减少在数据传输过程中的冲突。其可以在没有数据进入的时候自动保持休眠的状态，当感受到数据的时候便立即进入工作状态。另外，Zigbee技术在信息的接收上面采用分层的模式，每一个分层只需要完成本层级上面的任务，且上传上一个层级需要的服务内容[2]。依靠一定的技术支持的同时，分工明确，可以很好地实现数据的有效传输，从而有效地实现无线传感器的网络形成。
2.3 Zigbee技术作为设计无线传感器网络的主流网络协议
如前文所提到的，Zigbee技术具有低速率、低成本、高容量等优点，其被主要应用于短距离的无线连接。可以依据805.15.4的标准，实现在数千个微小的传感器直接相互协调，从而实现传感器直接的相互通信。正是由于Zigbee技术的存在，这些传感器只需要很小的能量，便可以通过接力的形式把数据信息从一个传感器传达到另一个传感器。如此高的通信效率促进了无线传感器直接的信息流通，从而形成组织网络。
3 Zigbee技术在无线传感器网络中的应用前景
3.1 低成本低损耗的无线传感器网络的大规模应用成为可能
无线传感器网络是一种独立出现的网络，其基本组成单位是无线传感器节点。随着互联网技术的发展，低消耗无线通信技术也在不断地发展。Zigbee技术作为刚发展起来的低损耗的无线通信技术，它的出现也使得低成本低损耗的无线传感器网络的大规模应用变得可能。通过Zigbee技术实现大容量的高效的数据传输，使得无线传感器网络更加高效并不断走向高速率。
3.2 不断创新，不断发展
任何技术不可能一诞生就是完美的，而是在不断创新中发展起来的，Zigbee技术也是一样。尽管其有着诸多的优点，被广泛地应用于各个领域，但是其仍然需要不断进步，不断发展。Zigbee技术在无线传感器网络中的应用也是一样，需要不断地完善与创新，两者才能实现更好地结合，创造更大的价值。一方面，作为通信技术的Zigbee需要不断创新发展，这样才能更好地赋能于无线传感器网络[3]。另一方面，无线传感器网络也要不断发展，只有其自身的环境更好了，才能更加有利于技术的加持。Zigbee作为一种新兴通信技术，无线传感器网络作为一种独立存在的网络，二者不断发展，通过有机结合从而更好地做好数据传输工作，创造更大的价值。
3.3 前景光明
Zigbee技术是一项安全可靠的通信技术，其在无线传感器网络的应用中有着光明的前景。二者的有机结合，有着十分诱人的光明前景。不论是在军事、防空、应急等领域的应用，还是在家用、交通及管理等方面的应用，都有着极大的潜力。总的来说，Zigbee在无线传感器网络中的应用前景还是非常可观的。但是无线传感器网络刚刚兴起，其技术和应用都还不够成熟，想要达到期望的目标仍然有很长的一段路要走。因此，在憧憬光明的前景的同时，也不要忘记脚踏实地地做好技术、完善技术、发展技术。
4 结语
总的来说，尽管Zigbee是个新兴事物，但是其低功耗、低成本、短延时、高容量、高安全等优势已足以对其充满期待。其与无线传感器网络的结合更是有着良好的发展前景。其在应用于无线传感器网络中时，可靠的技术支持，有序的工作机制以及独立的工作节点的依托，都促进了无线传感器网络的高效发展。当然，也不能掉以轻心，在保持乐观的同时也要积极探索，不断完善和精进技术。不论是Zigbee技术还是无线传感器网络都应该不断创新，不断发展，这样才能实现二者更加完美的结合，才能创造一个更加高效，安全的无线网络环境。
